硅溶膠整理對雙層吸水速干織物應用性能的影響

楚正兵，宋偉華，殷允杰，王潮霞

［1.江南大學紡織服裝學院生態紡織教育部重點實驗室，江蘇無錫 214122；2.東麗纖維研究所（中國）有限公司，江蘇南通 226009］

吸水速干面料隨著運動的普及發展迅速，吸水速干性能的要求也越來越高。面料的芯吸高度、速干性在隨著人們的要求不斷被提升［1-2］。目前吸水速干面料的吸水速干性能主要由異形斷面吸水速干紗線和吸水速干整理組合來獲得［3］，但性能還不能滿足市場的更高要求。為了獲得更好的芯吸高度，雙層結構的組織被研究使用，但還是只有很少織物的吸水速干性能滿足目前的高要求［4-5］。為了獲得更高吸水速干性能的織物，使用十字斷面吸水速干紗線設計出具有優異毛細差動雙層組織結構的織物，后整理采用硅溶膠對織物反面進行部分噴涂整理，形成疏水通道，提高織物的速干性能，同時利用正反面的親疏水性差異降低織物反面的保水率，提高織物穿著時的干爽感。

1 實驗

1.1 材料與儀器

材料：55T-48-十字斷面滌綸吸濕排汗紗線（南亞化纖股份有限公司），83T-72-十字斷面滌綸吸濕排汗紗線（盛虹化纖股份有限公司）；正硅酸四乙酯（分析純）、無水乙醇、97%辛基三甲氧基硅烷（國藥集團化學試劑有限公司）。

儀器：日本豐田噴水多臂織機（日本豐田株式會社），Mini-tenter W60 Plus 干燥定型機（廈門瑞比精密機械有限公司），CP114 電子天平［奧豪斯儀器（上海）有限公司］，KES-F7 精密熱物性測定儀（日本KOTO TECH 株式會社），YG46IE 型電腦式透氣性測試儀（溫州市大榮紡織儀器有限公司），SS-550 掃描電鏡（日本島津儀器公司），Theta 接觸角測量儀［大昌嘉華商業（中國）有限公司］。

1.2 實驗方法

1.2.1 雙層織物制備

以55T-48-十字斷面滌綸吸濕排汗紗線為經紗，83T-72-十字斷面滌綸吸濕排汗紗線為緯紗，正面平紋組織，反面透孔組織，在噴水織機上織得正面和反面密度均為1∶1，正面經密為375 根/10 cm、單面緯密為285 根/10 cm 的雙層織物，織物單位面積質量為76 g/m2。

1.2.2 硅溶膠整理液制備

在反應釜里依次加入正硅酸四乙酯20.8 g、無水乙醇32.0 g、水9.0 g，室溫下攪拌均勻，然后用1 mol/L的鹽酸調節pH 為4.0 左右，在室溫下攪拌3 h，陳化一段時間得酸性SiO2醇溶膠，將4%的辛基三甲氧基硅烷疏水改性劑加入其中，常溫下攪拌反應5 h，靜置陳化得到改性SiO2溶膠。

1.2.3 雙層織物整理

用噴槍將改性硅溶膠噴涂在染色干燥后的雙層織物反面，噴涂過程壓力均勻，液霧穩定，噴涂量30 mL/min，保證在織物反面形成點狀附著，形成局部噴涂效果。噴涂后的雙層織物在130 ℃烘干，然后在150 ℃焙烘定型3 min得到成品。

1.3 測試

增重率：利用電子天平稱得整理前后試樣的質量，按照下式計算增重率：

表面微觀形貌：先將織物在真空條件下進行鍍金處理，再用掃描電子顯微鏡觀察。

接觸角：使用接觸角測量儀測試靜態瞬間水接觸角，每次水量為5 μL，在同一樣品不同位置測量5次，取平均值。

吸水性：參考GB/T 21665.1—2008《紡織品 吸濕速干性的評定第1 部分：單項組合試驗法》分別測試吸水率、芯吸高度。

速干性：在織物上滴加0.2 mg水，按GB/T 21665.1—2008測試隨時間變化面料中的殘余水量。

正反面保水率：參考東麗公司標準測試，測試原理見圖1。

圖1 保水率測試示意圖

實驗程序：（1）制樣，取10 cm×10 cm 試樣若干，稱質量m1；（2）在有機玻璃板上滴0.5 mg 測試用水，把試樣反面向下平鋪在水滴上，使其充分吸水1 min，稱取吸水后的布重m2；（3）在另外一塊有機玻璃板上放置一塊同樣尺寸的濾紙（質量m3），把吸水后的試樣平鋪在濾紙上，然后在試樣上方放置一塊同樣尺寸的濾紙（質量m4），最后在濾紙上方放置500 g 負重物，保持1 min 后分別測試正面和反面濾紙的質量（m5、m6）。分別根據公式計算正面、反面保水率［6］：

透氣性：參考GB/T 5453—1997 用電腦式透氣性測試儀測試，壓力設置為125 Pa。

保溫性能及導熱系數：參考KES 廠家標準［7］，用精密熱物性測定儀測試。

透濕性：是衡量織物濕傳遞性能的一項重要指標，一般用吸濕法。把吸濕劑無水碳酸鈣放在干燥器內，然后把織物試樣覆蓋在密閉干燥器的瓶口上，用石蠟密封覆蓋的接縫處，在恒溫恒濕環境的實驗箱內放置約24 h，稱量吸濕劑增加的質量m，測試試樣的水分蒸發面積A，計算透濕率=10m/A。

2 結果與討論

2.1 接觸角

由表1 可知，硅溶膠整理織物的正面接觸角全部為0°，和普通吸水整理織物相同；而硅溶膠整理織物的反面接觸角大部分在130°以上，明顯高于普通吸水整理織物。說明噴涂法整理后，硅溶膠在織物的反面局部附著，有利于形成疏水通道。

表1 雙層織物的接觸角

2.2 增重率

整理前試樣質量為43.5 mg，經過噴涂法硅溶膠整理后，試樣質量為44.3 mg，織物增重率為1.8%。說明經過噴涂法硅溶膠整理后，硅溶膠的有效疏水粒子顯著附著在織物表面；且噴涂法可以主動控制噴涂到織物上的硅溶膠量，不會使疏水物質過度附著在織物整理面而對吸水性和熱舒適性等造成影響［8］。

2.3 表面微觀形貌

普通吸水整理(a)和硅溶膠整理(b)織物表面形貌見圖2。

圖2 普通吸水整理(a)和硅溶膠整理(b)織物的表面形貌

由圖2 可知，噴涂法硅溶膠整理織物上的顆粒狀物質比普通吸水整理織物明顯且多，但并沒有大面積粘連形成膜狀。說明經過噴涂法硅溶膠整理后，硅溶膠均勻地分布在織物的整理面上。

2.4 吸水性

經過硅溶膠整理的織物反面具有比較強的疏水性，而織物的吸水性和織物的親疏水性有一定關系。由表2 可知，經過噴涂法硅溶膠整理織物的吸水率為320%，經向、緯向的芯吸高度分別為18.7、16.9 cm，與普通吸水整理織物接近，沒有變弱趨勢。推測為硅溶膠整理織物只在反面局部區域有疏水效果，織物的正面及反面部分區域還保持很好的親水性，故能夠充分吸收水分，保持雙層織物優良的吸水性能［9］。

表2 雙層織物的吸水率及芯吸高度

2.5 速干性

由圖3 可知，從噴涂法硅溶膠整理織物的干燥曲線不僅可以看出其干燥速度遠遠快于普通吸水整理織物，且完全干燥時間只有25 min，幾乎為普通吸水整理織物的1/2。據推測，經過噴涂法硅溶膠整理后，織物中的疏水部分與親水部分交錯形成疏水毛細管道，形成了交替的毛細差動，提高了水分在織物中的擴散速率［10］，從而速干性得到很大提高。

圖3 雙層織物速干性測試結果

2.6 正面和反面保水率

在穿著過程中，人體運動后，皮膚上的汗液會被織物吸收，并從織物的反面向正面傳遞，最終會達到一個平衡。東麗公司利用保水率來表示織物測試面的潤濕程度，反面保水率越大，說明反面的潤濕程度越高，穿著時就會貼身，身體會感覺不舒服。由圖4 可知，噴涂法硅溶膠整理織物的反面保水率為9%，遠遠低于普通吸水整理織物（25%）相對應的正反面保水率比值也高很多，說明噴涂法硅溶膠整理織物反面向正面的水分傳導能力變強，有利于穿著的干爽舒適性。推測因為噴涂法硅溶膠整理織物反面具有疏水性，而表面具有很強的親水性，水分容易從疏水區導向親水區，故加強了水分從反面向正面傳導。

圖4 雙層織物的正面和反面保水率

2.7 熱舒適性

硅溶膠整理最容易在織物表面成膜，降低織物的透氣性、透濕性，并導致穿著時有悶熱感。由表3 可知，噴涂法硅溶膠整理織物的保溫性clo 值略有降低，意味著硅溶膠整理織物在涼爽感上比普通吸水整理織物有一點優勢，推測為硅溶膠整理織物后，硅溶膠附著在纖維表面，對纖維的蓬松有一定的抑制作用，故可以降低保溫性。而從導熱系數、透濕性的對比結果看相差甚微，透氣性略微降低。表明噴涂法硅溶膠整理沒有在織物整理面形成連續的膜，只是以細小顆粒附著在織物纖維表面，故對織物的熱舒適性影響不大。

表3 雙層織物的熱舒適性

3 結論

采用十字斷面吸水速干紗線設計成正面平紋、反面透孔的雙層組織，結合噴涂法硅溶膠整理，制得了吸水性和速干性兼優的織物。利用改性硅溶膠疏水整理液，通過局部噴涂法對雙層織物的反面進行疏水整理，賦予了織物正面親水、反面局部疏水的特性。因為硅溶膠疏水物質只是少量均勻地分散在織物反面，所以織物仍能保持普通吸水整理同等的芯吸高度，經向、緯向分別為18.7 和16.9 cm；同時大幅度提高了干燥速率，織物的完全干燥時間縮短為25 min，在保持雙層織物優異吸水性能的前提下，大幅度提高了織物的速干性能，有利于汗液迅速從皮膚側導向衣服外側并快速蒸發，保持肌膚面的干爽舒適感。